JP6687900B2 - 直噴エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、直噴エンジンの冷却装置に係り、詳しくは筒内噴射インジェクタに供給される燃料を冷却する燃料クーラを備えた直噴エンジンの冷却装置に関する。

筒内に燃料を噴射する直噴エンジンでは、筒内に臨むようにインジェクタが配置されていることから、筒内の燃焼熱がインジェクタに直接的に伝達される。このためインジェクタが温度上昇してソレノイドの磁界再現性が低下し、燃料噴射量に誤差が生じて気筒間の空燃比にバラツキが生じる可能性がある。
このような課題を鑑みて、インジェクタに供給される燃料を冷却する対策が提案されている。例えば特許文献１に記載の技術では、各気筒のインジェクタに燃料を分配・供給するデリバリパイプにウォータジャケットを設け、ウォータポンプから供給される冷却水をウォータジャケットに流通させるようにして燃料クーラを構成している。そして、この燃料クーラによりデリバリパイプ内の燃料を冷却することでインジェクタの温度上昇の抑制を図っている。

特開平５−２０２８２１号公報

特許文献１に記載の燃料クーラは、単にウォータジャケットに冷却水を流通させるだけの構成のため、デリバリパイプ内の燃料が受ける冷却作用は、エンジンの運転状態等に関係なく一律のものとなる。しかしながら、エンジンの筒内の燃焼熱は運転状態等に応じて刻々と変化し、それに応じてインジェクタの温度上昇、ひいては温度上昇を抑制するために要求される燃料クーラの放熱量も増減する。特許文献１の技術によれば、冷却水の供給過小による冷却不足を回避するために、インジェクタの温度上昇が最も甚だしい条件を想定して、燃料クーラへの冷却水の供給量（燃料クーラの放熱量）を設定せざるを得ない。

このため、例えばインジェクタの冷却を要しないエンジン運転状態であっても、燃料クーラに十分な冷却水を供給すべくウォータポンプが駆動され、結果としてモータ駆動であれば無駄な電力消費、エンジン駆動であれば駆動ロス等が生じてしまう。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料を冷却してインジェクタの温度上昇を抑制する燃料クーラに冷却水を過不足なく供給し、これにより燃料の冷却を最適化して不適切な燃料温度に起因する種々の不具合を未然に防止することができる直噴エンジンの冷却装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の直噴エンジンの冷却装置は、筒内に燃料を噴射するインジェクタの燃料経路に配設され、冷却水の流通により前記インジェクタに供給される燃料を冷却する燃料クーラと、前記燃料クーラに供給される冷却水の流量を調整可能な流量調整手段と、直噴エンジンの運転状態に基づき前記インジェクタに供給される燃料の冷却のために前記燃料クーラに要求される放熱量を算出する放熱量算出手段と、前記放熱量算出手段により算出された要求放熱量に基づき前記流量調整手段を制御する冷却制御手段とを備え、前記放熱量算出手段が、前記直噴エンジンの停止中に、前記インジェクタに供給される燃料が有する実熱量と予め設定された目標温度時の燃料の熱量との差に基づき、前記燃料クーラへの要求放熱量を算出し、前記直噴エンジンの運転中には、前記実熱量と前記目標温度時の熱量との差から筒内への燃料噴射により奪われる熱量を減算して、前記燃料クーラへの要求放熱量を算出することを特徴とする（請求項１）。

このように構成した直噴エンジンの冷却装置によれば、燃料冷却のための燃料クーラの要求放熱量に基づき流量調整手段を制御するため、燃料クーラに冷却水が過不足なく供給されて燃料の冷却が最適化される。さらに、エンジンの運転中と停止中の何れの場合でも適切な要求放熱量を算出可能となる。
その他の態様として、前記流量調整手段が、前記燃料クーラに供給される冷却水を吐出するウォータポンプまたは該ウォータポンプから吐出された冷却水の流量を制御する流量制御弁の少なくとも一方であり、前記冷却制御手段が、前記燃料クーラへの要求放熱量に基づき前記ウォータポンプの回転速度または前記流量制御弁の開度を制御することが好ましい（請求項２）。

この態様によれば、燃料クーラに要求される放熱量に基づきウォータポンプの回転速度や流量制御弁の開度が制御される。
その他の態様として、前記直噴エンジンにはターボチャージャの水冷式インタクーラが備えられ、前記流量調整手段が、冷却水を吐出するウォータポンプ、及び該ウォータポンプから吐出された冷却水を前記燃料クーラ側と前記インタクーラ側とに任意の比率で分配可能な流量制御弁であり、前記冷却制御手段が、前記燃料クーラ及び前記インタクーラに要求される放熱量に基づき、前記ウォータポンプの回転速度及び前記流量制御弁による冷却水の分配比率を制御することが好ましい（請求項３）。

この態様によれば、燃料クーラ及びインタクーラに要求される放熱量に基づきウォータポンプの回転速度及び流量制御弁による冷却水の分配比率が制御されることから、燃料クーラによる燃料の冷却に加えて、インタクーラによる吸気の冷却も最適化される。

その他の態様として、所定の停止条件の成立に基づき前記直噴エンジンを自動停止させ、その後に所定の始動条件の成立に基づき前記直噴エンジンを自動始動するアイドルストップ制御手段をさらに備え、前記放熱量算出手段が、前記アイドルストップ制御手段による前記直噴エンジンの自動停止中に、前記実熱量と前記目標温度時の熱量との差に基づき前記燃料クーラへの要求放熱量を算出することが好ましい（請求項４）。

この態様によれば、アイドルストップ制御手段による直噴エンジンの自動停止中においても適切な要求放熱量を算出可能となる。
その他の態様として、前記冷却制御手段が、前記インジェクタに供給される燃料の温度が予め設定された第１の判定値以下の場合、または前記インジェクタの燃料噴射量が予め設定された第２の判定値を超えている場合の何れかに該当するときに、前記流量調整手段により前記燃料クーラへの冷却水の供給を中止することが好ましい（請求項５）。

この態様によれば、インジェクタに供給される燃料の温度が第１の判定値以下の場合には、燃料クーラによる燃料の冷却が不要と見なし、インジェクタの燃料噴射量が第２の判定値を超えている場合には、筒内への燃料噴射による燃料の温度低下が著しくて燃料クーラによる冷却が不要と見なし、何れの場合も燃料クーラへの冷却水の供給が中止される。

本発明の直噴エンジンの冷却装置によれば、燃料を冷却してインジェクタの温度上昇を抑制する燃料クーラに冷却水を過不足なく供給し、これにより燃料の冷却を最適化して不適切な燃料温度に起因する種々の不具合を未然に防止することができる。

実施形態の冷却装置が適用された直噴ガソリンエンジンを示す全体構成図である。 エンジンの運転中にＥＣＵが実行するエンジン運転時冷却制御ルーチンを示すフローチャートである。 エンジンの自動停止中にＥＣＵが実行するエンジン停止時冷却制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明を直噴ガソリンエンジンの冷却装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の冷却装置が適用された直噴ガソリンエンジンを示す全体構成図である。
本実施形態の直噴エンジン１（以下、単にエンジンという）は、走行用動力源として図示しない車両に搭載されている。エンジン１のシリンダブロック２に形成された各気筒のシリンダ３内にはピストン４が配設され、クランク軸５の回転に応じて各ピストン４がシリンダ３内で摺動する。クランク軸５の回転に同期して各気筒の吸気弁６及び排気弁７が駆動され、これにより吸気ポート８及び排気ポート９が所定クランク角で開閉される。

エンジン１の各気筒には筒内に臨むように点火プラグ１０及びインジェクタ１１が配設され、点火プラグ１０はイグナイタ１２の駆動により点火されるようになっている。各気筒のインジェクタ１１は共通のデリバリパイプ１３に接続され、デリバリパイプ１３内には燃料経路１４を経て高圧ポンプ１５により加圧された燃料（ガソリン）が供給され、その燃料がデリバリパイプ１３から各気筒のインジェクタ１１に分配・供給される。

各気筒の吸気ポート８には吸気マニホールド１７を介してサージタンク１８が接続され、サージタンク１８には吸気通路１９の下流端が接続されている。吸気通路１９には上流側よりエアクリーナ２０、ターボチャージャ２１のコンプレッサ２１ａ、インタクーラ２２、スロットル弁２３が設けられている。
また、各気筒の排気ポート９には排気マニホールド２４を介して排気通路２５の上流端が接続され、排気通路２５にはターボチャージャ２１のタービン２１ｂ、触媒装置２６及び図示しない消音器が設けられている。

エンジン１の運転中には、エアクリーナ２０から吸気通路１９内に導入された吸気がターボチャージャ２１のコンプレッサ２１ａにより加圧され、インタクーラ２２により冷却された後にスロットル弁２３により流量調整され、さらにサージタンク１８を経て吸気マニホールド１７により各気筒に分配されて吸気弁６の開弁に伴いエンジン１の筒内に導入される。筒内で吸気中には所定クランク角でインジェクタ１１から燃料が噴射されて点火プラグ１０により点火され、発生した燃焼圧によりピストン４を介してクランク軸５が回転駆動される。

各気筒の筒内で燃焼後の排ガスは排気弁７の開弁に伴い排気ポート９に排出されて排気マニホールド２４により集合され、排気通路２５に案内されてターボチャージャ２１のタービン２１ｂを駆動した後に触媒装置２６及び消音器を経て外部に排出される。
一方、本実施形態の冷却装置は、インジェクタ１１に供給される燃料、インタクーラ２２、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃを冷却の対象としており、それらの冷却のために冷却水を循環させる冷却回路２８（以下、補機冷却回路という）を備えている。なお、この補機冷却回路２８は、エンジン１を冷却するためにラジエータとの間で冷却水を循環させる周知のエンジン冷却回路とは別系統で形成されたものである。

インジェクタ１１への燃料の冷却は、［背景技術］で述べたように、筒内からの受熱によるインジェクタ１１の温度上昇の抑制を目的としており、そのために、各気筒のインジェクタ１１に燃料を分配・供給するデリバリパイプ１３には燃料クーラ２９が設けられている。燃料クーラ２９のウォータジャケット２９ａはデリバリパイプ１３の周囲を取り囲むように形成され、上記した補機冷却回路２８を経てウォータジャケット２９ａ内を流通する冷却水によりデリバリパイプ１３内の燃料が冷却される。そして、冷却後の燃料がインジェクタ１１を経て筒内に噴射されることにより、インジェクタ１１の温度上昇の抑制作用が奏される。

燃料クーラ２９による燃料の冷却は、筒内で燃焼が生起されるエンジン１の運転中は無論必要であり、後述するアイドルストップ制御でのエンジン１の自動停止中にも、エンジン１からの受熱でデリバリパイプ１３内の燃料が温度上昇することから冷却が必要になる。
インタクーラ２２は水冷式として構成されており、補機冷却回路２８を経てインタクーラ２２内を流通する冷却水により、同じくインタクーラ２２内を別経路で流通する吸気が冷却される。なお、エンジン停止中にはインタクーラ２２内での吸気の流通が中断されるため、その冷却は不要になる。

周知のように、ターボチャージャ２１のコンプレッサ２１ａとタービン２１ｂとは軸受け部２１ｃにより同軸上で回転可能に支持され、エンジン運転中にはエンジンオイルの供給により軸受け部２１ｃが潤滑及び冷却される。本実施形態のターボチャージャ２１は、さらに冷却水を利用した軸受け部２１ｃの冷却機能を備えており、そのために図示はしないが、軸受け部２１ｃの近傍にウォータジャケットが形成され、このウォータジャケットに補機冷却回路２８を経た冷却水が流通することにより軸受け部２１ｃが冷却される。

冷却水による軸受け部２１ｃの冷却は、エンジン停止によりエンジンオイルの供給が中止されたときの軸受け部２１ｃの焼付き防止を目的とする。このため、冷却水による軸受け部２１ｃの冷却はエンジン停止直後に要求され、特に高負荷運転の直後にはエンジン本体やタービン２１ｂ側から伝達される多量の熱により、エンジン停止にも拘わらず却って軸受け部２１ｃの温度が上昇することから、冷却水による十分な冷却が必要になる。

以上の燃料クーラ２９、インタクーラ２２及びターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃに対し、状況に応じて適宜冷却水を流通させるように補機冷却回路２８が形成されており、以下、その構成について説明する。
補機冷却回路２８のラジエータ３１は、例えばエンジン冷却回路のラジエータと共に車両のエンジンルーム内に設置されており、走行風やファンの送風により内部を流通する冷却水を外気に放熱させるようになっている。

補機冷却回路２８は、ラジエータ３１の出口と燃料クーラ２９とを接続する第１水路３２、燃料クーラ２９とターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃとを接続する第２水路３３、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃとラジエータ３１の入口とを接続する第３水路３４、第１水路３２の途中箇所に介装された流量制御弁３７（流量調整手段）とインタクーラ２２とを接続する第４水路３５、及びインタクーラ２２と第２水路３３の途中箇所とを接続する第５水路３６から構成されている。なお、第２水路３３上には逆止弁３９が介装され、ターボチャージャ２１側から燃料クーラ２９側への冷却水の逆流が防止されている。

第１水路３２の流量制御弁３７よりラジエータ３１側には、図示しないモータにより駆動される電動式のウォータポンプ３８（流量調整手段）が介装され、このウォータポンプ３８から吐出された冷却水が補機冷却回路２８内を循環する。モータのデューティ制御によりウォータポンプ３８の回転速度が増減し、それに応じてウォータポンプ３８からの冷却水の吐出量、ひいては補機冷却回路２８内での冷却水の循環量を任意に調整可能となっている。

流量制御弁３７は、ウォータポンプ３８からの冷却水を燃料クーラ２９側とインタクーラ２２側とに任意の比率（100:0〜0:100）で分配可能な機能を有する。以下の説明では、燃料クーラ２９及びインタクーラ２２の両方に冷却水を供給するときの流量制御弁３７の開度を中間位置、燃料クーラ２９のみに冷却水を供給するときの開度を燃料クーラ位置（100:0）、インタクーラ２２のみに冷却水を供給するときの開度をインタクーラ位置（0:100）と表現する。

なお、流量制御弁３７の設置箇所及び機能は上記に限るものではなく、例えば第１水路３２と第４水路３５との分岐箇所より燃料クーラ２９側及びインタクーラ２２側のそれぞれの下流側に、各水路３２，３５の開度を調整可能な流量制御弁（流量調整手段）を介装してもよい。この場合でも、双方の流量制御弁の開度に応じて燃料クーラ２９及びインタクーラ２２への冷却水の分配比率を任意に調整可能となる。

以上の補機冷却回路２８の構成により、ウォータポンプ３８から吐出された冷却水は第１水路３２を経て流量制御弁３７に流入する。流量制御弁３７が中間位置にある場合、冷却水は燃料クーラ２９側及びインタクーラ２２側の両方に所定比率で分配され、第１水路３２を経て燃料クーラ２９に供給されると共に、第４水路３５を経てインタクーラ２２に供給される。

燃料クーラ２９のウォータジャケット２９ａ内で燃料を冷却した後の冷却水は第２水路３３を流通し、一方、インタクーラ２２内で吸気を冷却した後の冷却水は第５水路３６を流通し、互いに合流した後にターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃに流入する。軸受け部２１ｃを冷却後の冷却水は第３水路３４を経てラジエータ３１に戻され、外気への放熱により温度低下した後に再びウォータポンプ３８から吐出され、以降は同様の循環を補機冷却回路２８内で繰り返す。

また流量制御弁３７が燃料クーラ位置にある場合、冷却水は第１水路３２を経て燃料クーラ２９に供給されて燃料を冷却し、第２水路３３を経てターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃを冷却し、その後に第３水路３４を経てラジエータ３１に流入する。
また流量制御弁３７がインタクーラ位置にある場合、冷却水は第１水路３２及び第４水路３５を経てインタクーラ２２に供給されて吸気を冷却し、第５水路３６及び第２水路３３を経てターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃを冷却し、その後に第３水路３４を経てラジエータ３１に戻される。

車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ４１（エンジン制御ユニット）が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ４１の入力側には、エンジン１の吸気温度Ｔaを検出する吸気温度センサ４２、吸気量Ｇaを検出する吸気量センサ４３、デリバリパイプ１３内の燃料温度Ｔfdを検出する燃料温度センサ４４、デリバリパイプ１３内の燃圧Ｐfdを検出する燃圧センサ４５、ターボチャージャ２１の出口油温Ｔoを検出する油温センサ４６、及びインタクーラを流通後のIC下流温度Ｔbを検出するIC下流温度センサ４７等の各種センサ類が接続されている。

また、ＥＣＵ４１の出力側には、インジェクタ１１、点火プラグ１０のイグナイタ１２、補機冷却回路２８の流量制御弁３７及びウォータポンプ３８等の各種デバイス類が接続されている。
ＥＣＵ４１は、各センサからの検出情報に基づき点火時期や燃料噴射量等を決定し、決定した目標値に基づいてイグナイタやインジェクタを駆動制御してエンジン１を運転する。

またＥＣＵ４１は、アイドルストップ制御を実行する（アイドルストップ制御手段）。周知のように当該制御は、信号待ちなどの車両の一時停止時にブレーキ操作などの所定の停止条件が成立するとエンジン１を自動停止させ、ブレーキ操作の中止などの所定の始動条件が成立するとエンジン１を自動始動するものである。
またＥＣＵ４１は、エンジン１の運転状態に応じて補機冷却回路２８を循環する冷却水を燃料クーラ２９、インタクーラ２２及びターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃに適宜流通させて冷却する。

そして、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、特許文献１の技術では、冷却対象の１つである燃料クーラ２９への冷却水の供給量について配慮していないことから、冷却水の供給不足によりインジェクタ１１の温度上昇を抑制できなかったり、逆に冷却水の過剰な供給によりウォータポンプ３８を駆動するモータの消費電力を無駄に増加させたりするという問題が生じた。

このような冷却装置に対する要望を鑑みて、本実施形態ではエンジン１の運転状態に応じて冷却が必要なデバイスを選択した上で、それらのデバイスに対し過不足のない適正量の冷却水を流通させるべく、ウォータポンプ３８の回転速度（ポンプ吐出量であり、換言すると補機冷却回路２８内での冷却水の循環量）及び流量制御弁３７の開度（燃料クーラ２９側とインタクーラ２２側との冷却水の分配比率）を制御している。以下、具体的なＥＣＵ４１による制御を述べるが、それに先立って当該制御が如何なる知見に基づくかを説明する。

基本的に、冷却が必要なデバイスはエンジン１の運転状態に基づき選択され、選択された各デバイスへの冷却水の流通量はそれぞれのデバイスへの要求放熱量に基づき制御される。
まず冷却が必要なデバイスは、エンジン１の運転中とアイドルストップ制御による自動停止中とで相違する。

上記したようにエンジン１の運転中には、インジェクタ１１の温度上昇を抑制するために燃料クーラ２９による燃料の冷却が必要になると共に、吸気の冷却のためにインタクーラ２２の冷却も必要となる。しかし、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃはエンジンオイルで潤滑・冷却されると共に、コンプレッサ２１ａを流通する吸気で冷却されているため、アイドルストップ制御による自動停止中より、熱害に対する要件は幾分緩和される。

よって、このときの流量制御弁３７は中間位置に切り換えられ（後述するフローチャートのように例外的にインタクーラ位置もあり）、燃料クーラ２９及びインタクーラ２２の両方に冷却水が供給される。このとき、下流側に位置するターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃにも冷却水が流通するが、これを主目的としたものではない。
またエンジン１の自動停止中には、依然として燃料クーラ２９による燃料の冷却は必要であるが、インタクーラ２２については吸気が流通しなくなるため冷却が不要となる。その反面、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃへのエンジンオイルの供給及びコンプレッサ２１ａの吸気流通が中止されるため、冷却水による冷却が必要になる。

よって、このときの流量制御弁３７は燃料クーラ位置に切り換えられ、燃料クーラ２９のみに冷却水が分配され（後述するフローチャートのように例外的に供給停止もあり）、必然的に下流側のターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃにも冷却水が流通する。
一方、各デバイスへの要求放熱量は以下の観点に基づき算出され、この要求放熱量を達成可能な冷却水の流通量に基づきウォータポンプ３８及び流量制御弁３７が制御される。

まず、基本的に燃料クーラ２９に要求される放熱量は、デリバリパイプ１３内の燃料が有している実際の熱量と予め設定された目標温度時の燃料の熱量との乖離として表せ、燃料の冷却により要求放熱量が達成されることで乖離が解消される。
但し、エンジン１の運転中には、筒内への燃料噴射により相対的に高温の燃料がデリバリパイプ１３内から流出し、新たにデリバリパイプ１３内に相対的に低温の燃料が流入する。結果としてデリバリパイプ１３内の燃料から熱が奪われる現象が発生し、その温度低下分だけ要求放熱量が低減される。

よって、エンジン運転中の燃料クーラ２９への要求放熱量Ｑaは、次式(1)で表される。
Ｑa＝｛Ｃ1×（Ｔfd―Ｔfdtgt）×Ｃ2×Ｖd｝−Ｃ2×ｑ×（Ｔfd−Ｔft） ……(1)
ここに、Ｃ1は定数、Ｔfdは燃料温度センサ４４により検出されるデリバリパイプ１３内の燃料温度、Ｔfdtgtは燃料の目標温度、Ｃ2は燃料比熱、Ｖdはデリバリパイプ１３の内容積、ｑはインジェクタ１１の噴射量、Ｔftは燃料タンク内の燃料温度である。なお、タンク内燃料温度Ｔftの検出には燃料タンク内にセンサを追加する必要があるため、簡易的に吸気温度センサ４２により検出される吸気温度Ｔa（即ち外気温）を適用してもよい。

また、上記のように筒内への燃料噴射が中止されるエンジン自動停止中には、デリバリパイプ１３への燃料の出入りがないことから、燃料クーラ２９への要求放熱量Ｑaは次式(2)で表される。
Ｑa＝Ｃ1×（Ｔfd―Ｔfdtgt）×Ｃ2×Ｖd ……(2)
なお、インジェクタ１１の噴射量ｑは次式(3)で表される。

ｑ＝Ｃ3×Ｐfd×Ｐw ……(3)
ここに、Ｃ3は定数、Ｐfdは燃圧センサ４５により検出されるデリバリパイプ１３内の燃圧、ＰwはＥＣＵ４１がエンジン制御でインジェクタ１１を駆動する際の噴射パルスである。
また、インタクーラ２２への要求放熱量Ｑbは、次式(4)で表される。

Ｑb＝Ｃ4×（Ｔb―Ｔbtgt）×Ｇa ……(4)
ここに、Ｃ4は定数、ＴbはIC下流温度センサ４７により検出されるIC下流温度Ｔb、Ｔbtgtは目標下流温度、Ｇaは吸気量センサ４３により検出される吸気量である。
なお、目標下流温度Ｔbtgtは、エンジン制御でインタクーラ２２への冷却水の流通量を制御するときのIC下流温度Ｔbの目標値であるが、これに限るものではなく、予め設定された固定値としてもよい。

また、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃへの要求放熱量Ｑcは、次式(5)で表される。
Ｑc＝Ｃ5×（Ｔo―Ｔotgt） ……(5)
ここに、Ｃ5は定数、Ｔoは油温センサ４６により検出されるターボチャージャ２１の出口油温、Ｔotgtは目標油温である。

なお、目標油温Ｔotgtは、エンジン制御でのエンジン油温や負荷状態を考慮した制御値である。
このようにして各デバイス毎に算出された要求放熱量Ｑa,Ｑb,Ｑcに基づき、それぞれのデバイスに流通させるべき冷却水量を特定でき、その流通量を達成すべくウォータポンプ３８の回転速度及び流量制御弁３７の開度が制御される。

次に、具体的なＥＣＵ４１による制御を説明する。
まず、エンジン１の運転中に実行される冷却制御について述べる。
図２はエンジン１の運転中にＥＣＵ４１が実行するエンジン運転時冷却制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ４１はエンジン１の運転中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。

まずステップＳ１で、上式(4)に従ってインタクーラ２２への要求放熱量Ｑbを算出し、その要求放熱量Ｑbを達成するためにインタクーラ２２に供給すべき冷却水量（必要冷却水量）を算出すると共に、必要冷却水量を達成可能なウォータポンプ３８の駆動デューティを設定する。続くステップＳ２では、インタクーラ２２のIC下流温度Ｔbが目標下流温度Ｔbtgtよりも予め設定された判定値Ｔb0以上高い（Ｔb≧Ｔbtgt＋Ｔb0）か否かを判定する。

ステップＳ２の処理は、冷却水の一部を燃料クーラ２９の冷却に利用可能であるか否かを見極めることを目的とする。ステップＳ２の判定がＮo（否定）のときには、インタクーラ２２による吸気の冷却に余裕があり、冷却水の一部を燃料クーラ２９の冷却に利用する余地があると見なしてステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、デリバリパイプ１３内の燃料温度Ｔfdが予め設定された判定値Ｔfd0（第１の判定値）を超えている（Ｔfd＞Ｔfd0）か否かを判定する。ステップＳ３の処理は、燃料クーラ２９による燃料の冷却が必要であるか否かを見極めることを目的とする。ステップＳ３の判定がＹesのときには燃料クーラ２９による冷却が必要と見なし、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、上式(3)により求めたインジェクタ１１の噴射量ｑが予め設定された判定値ｑ0（第２の判定値）を超えている（ｑ＞ｑ0）か否かを判定する。ステップＳ４の処理は、筒内への燃料噴射によるデリバリパイプ１３内の燃料の温度低下が著しいか否か（即ち、上式(1)の右辺の影響が大であるか否か）を見極めることを目的とする。ステップＳ４の判定がＮoのときには、燃料噴射による燃料の温度低下が少なくて燃料クーラ２９による冷却が必要と見なし、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、上式(1)に従って燃料クーラ２９への要求放熱量Ｑaを算出し（放熱量算出手段）、その要求放熱量Ｑaを達成するために燃料クーラ２９に供給すべき必要冷却水量を算出する。続くステップＳ６では、上記ステップＳ５で算出した燃料クーラ２９への必要冷却水量を達成可能なウォータポンプ３８の駆動デューティを算出し、その駆動デューティ分だけ上記ステップＳ１で算出した駆動デューティを増加補正する（冷却制御手段）。

続くステップＳ７では、燃料クーラ２９への必要冷却水量とインタクーラ２２への必要冷却水量との比率に対応するように、流量制御弁３７を中間位置において所定の開度に設定する（冷却制御手段）。具体的には、ウォータポンプ３８から供給される冷却水が必要冷却水量の比率で燃料クーラ２９側とインタクーラ２２側と分配されるように流量制御弁３７の開度を設定し、その後にルーチンを終了する。

以上がエンジン１の運転中の基本的な制御内容であり、このときには燃料クーラ２９及びインタクーラ２２の冷却が必要であるとの観点の下に、両者２９，２２の冷却のために必要な冷却水量がステップＳ６での駆動デューティの設定に基づきウォータポンプ３８から吐出されると共に、ステップＳ７での流量制御弁３７の開度設定に基づく比率で燃料クーラ２９及びインタクーラ２２に冷却水が分配される。

従って、燃料クーラ２９及びインタクーラ２２は共に所期の冷却を実現して、デリバリパイプ１３内の燃料及びエンジン１の供給される吸気を冷却可能となる。このため、燃料冷却によりインジェクタ１１の温度上昇を抑制して気筒間の燃料噴射量のバラツキを防止できると共に、吸気の冷却により良好なエンジン性能を保つことができる。
一方、上記ステップＳ２の判定がＹesの場合にはインタクーラ２２による吸気の冷却に余裕がないと見なせるため、全ての冷却水をインタクーラ２２の冷却に費やすべく、ステップＳ８に移行する。

また、上記ステップＳ３の判定がＮoの場合には、デリバリパイプ１３内の燃料温度Ｔfdが低くて燃料の冷却が不要と見なせることから、ステップＳ８に移行する。
また、上記ステップＳ４の判定がＹesの場合には、筒内への燃料噴射によるデリバリパイプ１３内の燃料の温度低下が著しくて燃料クーラ２９による冷却が不要と見なせることから、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、流量制御弁３７の開度をインタクーラ位置に設定し、その後にルーチンを終了する。
よって、上記ステップＳ２〜４の何れの場合も、燃料クーラ２９には冷却水が供給されずに燃料クーラ２９による燃料の冷却は実行されない。ウォータポンプ３８からはインタクーラ２２の必要冷却水量に相当する冷却水が吐出され、その冷却水がインタクーラ２２のみに供給されてエンジン１への吸気の冷却に利用される。これにより、ウォータポンプ３８を駆動するモータの電力消費の増大が防止される。

次いで、アイドルストップ制御によるエンジン１の自動停止中に実行される冷却制御について述べる。
図３はエンジン１の自動停止中にＥＣＵ４１が実行するエンジン停止時冷却制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ４１はエンジン１の自動停止中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。

まずステップＳ１１で流量制御弁３７の開度を燃料クーラ位置に設定し（冷却制御手段）、続くステップＳ１２で、上記ステップＳ３と同様にデリバリパイプ１３内の燃料温度Ｔfdが予め設定された判定値Ｔfd0を超えている（Ｔfd＞Ｔfd0）か否かを判定する。ステップＳ１２の判定がYesのときには燃料クーラ２９による冷却が必要と見なし、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３では、上式(1)に従って燃料クーラ２９への要求放熱量Ｑaを算出し（放熱量算出手段）、上式(5)に従ってターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃへの要求放熱量Ｑcを算出する。そして、要求放熱量Ｑaを達成するために燃料クーラ２９に供給すべき必要冷却水量を算出すると共に、要求放熱量Ｑcを達成するためにターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃに供給すべき必要冷却水量を算出し、双方の算出値を加算する。

続くステップＳ１４では、ステップＳ１３で加算した必要冷却水量を達成可能なウォータポンプ３８の駆動デューティを設定し（冷却制御手段）、その後にルーチンを終了する。
以上がエンジン１の自動停止中の基本的な制御内容であり、このときには燃料クーラ２９及びターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃの冷却が必要であるとの観点の下に、両者２９，２１ｃの冷却のために必要な冷却水量がステップＳ１４での駆動デューティの設定に基づきウォータポンプ３８から吐出されると共に、ステップＳ１１の流量制御弁３７の開度設定に基づき燃料クーラ２９側のみに冷却水が分配される。

従って、燃料クーラ２９及びターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃは共に所期の冷却を実現して、デリバリパイプ１３内の燃料及び軸受け部２１ｃを冷却可能となる。エンジン自動停止中の燃料冷却により、その後のエンジン始動後にインジェクタ１１の温度上昇を抑制して、気筒間の燃料噴射量のバラツキを防止でき、またエンジン停止自動中のターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃの焼付きを防止することができる。

一方、上記ステップＳ１２の判定がＮoの場合には、燃料の冷却が不要と見なしてステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、ターボチャージャ２１の出口油温Ｔoが予め設定された判定値Ｔo0を超えている（Ｔo＞Ｔo0）か否かを判定し、続くステップＳ１６では、エンジン停止から遡る所定時間内における高負荷運転の積算時間Ｔload（エンジン発熱量と相関）が予め設定された判定値Ｔload0を超えている（Ｔload＞Ｔload0）か否かを判定する。

ステップＳ１５，１６の処理は、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃが冷却水による冷却を要するか否かを見極めることを目的とする。たとえステップＳ１２で燃料の冷却が不要と判定しても、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃの冷却を要する場合には、燃料クーラ２９を経て冷却水をターボチャージャ２１に供給する必要がある。よって、ステップＳ１５またはステップＳ１６の何れかでＹesの判定を下したときにはステップＳ１３に移行し、上記のように燃料クーラ２９及びターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃの冷却を実行する。

また、ステップＳ１５，１６の何れでもＮoの判定を下したときには、ステップＳ１７でウォータポンプ３８の駆動デューティを０に設定し、その後にルーチンを終了する。この場合には、燃料クーラ２９による燃料の冷却が不要であり、且つターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃの冷却も不要であるため、ウォータポンプ３８を停止させて補機冷却回路２８の冷却水の循環を中止しているのである。これにより、ウォータポンプ３８を駆動するモータの電力消費の増大が防止される。

ところで、エンジン自動停止の当初はステップＳ１２の判定に基づき冷却が実行されたとしても、燃料温度Ｔfdや出口油温Ｔoが次第に低下して冷却不要になるとステップＳ１７の処理が実行される。このタイミングが車両の発進のためのエンジン１の自動始動よりも先行する場合には、エンジンの自動停止中に冷却が中止されることになる。
なお、本実施形態ではアイドルストップ制御によるエンジン１の自動停止中に冷却制御を実行したが、これに限るものではなく、通常のエンジン停止時に当該冷却制御を実行してもよい。この場合でもターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃの焼付き防止が必要であり、また、エンジン停止から時間を経ずに始動した場合、エンジン停止中に燃料を冷却しておけば、上記と同じく、その後のエンジン始動後にインジェクタ１１の温度上昇を抑制できる。そしてエンジン停止中に冷却不要になれば、ステップＳ１７の処理に基づきウォータポンプ３８が停止されるため、何ら問題は生じない。

また、燃料冷却を要するとしてステップＳ１２からステップＳ１３に移行した時点では、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃに対する冷却の要否を判断していないが、それにも拘わらず燃料クーラ２９への必要冷却水量にターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃへの必要冷却水量を加算しているのは、燃料クーラ２９の冷却が必要な状況ではターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃも冷却を要するとの観点に基づく。但し、これに限るものではなく、例えば燃料の冷却のみを要する場合（ステップＳ１２の条件が成立し且つステップＳ１５，１６の条件が成立しない場合）には、燃料クーラ２９への必要冷却水量のみに基づきウォータポンプ３８の駆動デューティを設定してもよい。

以上のように本実施形態の直噴エンジン１の冷却装置では、エンジン１のデリバリパイプ１３にウォータジャケット２９ａを形成して燃料クーラ２９を構成し、ウォータポンプ３８からの冷却水を燃料クーラ２９に供給することによりデリバリパイプ１３内の燃料を冷却している。そして、このときの燃料冷却のために、燃料クーラ２９に要求される放熱量Ｑaを算出すると共に、要求放熱量Ｑaに基づき燃料クーラ２９に供給すべき必要冷却水量を算出し、この必要冷却水量を達成するようにウォータポンプ３８及び流量制御弁３７を制御している。

このように燃料冷却のために燃料クーラ２９に要求される放熱量Ｑaに基づきウォータポンプ３８及び流量制御弁３７を制御しているため、燃料クーラ２９に冷却水を過不足なく供給して燃料の冷却を最適化することができる。よって、不適切な燃料温度に起因する不具合、例えば燃料の冷却不足によるインジェクタ１１の温度上昇、或いはウォータポンプ３８を駆動するモータの電力消費の増大等の不具合を未然に防止することができる。

また燃料クーラ２９の要求放熱量Ｑaは、基本的に燃料の実熱量と目標温度時の熱量との差であるとの観点の下に、エンジン１の自動停止中には、上式(2)に従って要求放熱量Ｑaを算出している。これに対してエンジン１の運転中には、筒内への燃料噴射によりデリバリパイプ１３内の燃料から奪われる熱量が存在することに着目し、この熱量を考慮した上式(1)に従って要求放熱量Ｑaを算出している。

従って、エンジン１の運転中と自動停止中の何れの場合でも適切な要求放熱量を算出でき、ひいては燃料の冷却を一層最適化することができる。
またエンジン１の運転中において、デリバリパイプ１３内の燃料温度Ｔfdが判定値Ｔfd0以下の場合には、燃料クーラ２９による燃料の冷却が不要と見なし（ステップＳ３）、インジェクタ１１の噴射量ｑが判定値ｑ0を超えている場合には、筒内への燃料噴射によるデリバリパイプ１３内の燃料の温度低下が著しくて燃料クーラ２９による冷却が不要と見なし（ステップＳ４）、何れの場合も燃料クーラ２９への冷却水の供給を中止している（ステップＳ８）。よって、ウォータポンプ３８を駆動するモータの電力消費の増大を防止することができる。

またエンジン１の運転中には、燃料クーラ２９の要求放熱量のみならずインタクーラ２２の要求放熱量も考慮してそれぞれの必要冷却水量を算出し、それらの必要冷却水量を達成するために必要なウォータポンプ３８の駆動デューティ、及び流量制御弁３７の開度を設定している。従って、燃料クーラ２９による燃料の冷却に加えて、インタクーラ２２による吸気の冷却も最適化することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、直噴ガソリンエンジン１の冷却装置に具体化したが、エンジンの種別はこれに限ることはなく、例えばディーゼルエンジンに適用してもよい。
また上記実施形態では、インジェクタ１１に供給される燃料、インタクーラ２２、ターボチャージャ２１の軸受け部２１ｃを冷却対象としたが、これに限るものではない。例えば、本発明をターボチャージャ２１を備えない直噴エンジン１に適用した上で、そのデリバリパイプ１３に設けた燃料クーラ２９のみを冷却対象として上記実施形態の制御を実行してもよい。

また、燃料クーラ２９を設ける位置に関してもデリバリパイプ１３に限るものではなく、例えば高圧ポンプ１５の入口側の燃料経路１４に燃料クーラ２９を配設して、高圧ポンプ１５に流入する燃料を冷却するようにしてもよい。この場合でも上記実施形態の制御を実行すれば、同様の作用効果を得ることができる。

１ 直噴エンジン
１１ インジェクタ
１４ 燃料経路
２１ ターボチャージャ
２２ インタクーラ
２９ 燃料クーラ
３７ 流量制御弁（流量調整手段）
３８ ウォータポンプ（流量調整手段）
４１ ＥＣＵ（放熱量算出手段、冷却制御手段、アイドルストップ制御手段）

Claims (5)

1. 筒内に燃料を噴射するインジェクタの燃料経路に配設され、冷却水の流通により前記インジェクタに供給される燃料を冷却する燃料クーラと、
   前記燃料クーラに供給される冷却水の流量を調整可能な流量調整手段と、
   直噴エンジンの運転状態に基づき前記インジェクタに供給される燃料の冷却のために前記燃料クーラに要求される放熱量を算出する放熱量算出手段と、
   前記放熱量算出手段により算出された要求放熱量に基づき前記流量調整手段を制御する冷却制御手段と
   を備え、
   前記放熱量算出手段は、前記直噴エンジンの停止中に、前記インジェクタに供給される燃料が有する実熱量と予め設定された目標温度時の燃料の熱量との差に基づき、前記燃料クーラへの要求放熱量を算出し、前記直噴エンジンの運転中には、前記実熱量と前記目標温度時の熱量との差から筒内への燃料噴射により奪われる熱量を減算して、前記燃料クーラへの要求放熱量を算出する
   ことを特徴とする直噴エンジンの冷却装置。
2. 前記流量調整手段は、前記燃料クーラに供給される冷却水を吐出するウォータポンプまたは該ウォータポンプから吐出された冷却水の流量を制御する流量制御弁の少なくとも一方であり、
   前記冷却制御手段は、前記燃料クーラへの要求放熱量に基づき前記ウォータポンプの回転速度または前記流量制御弁の開度を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の直噴エンジンの冷却装置。
3. 前記直噴エンジンにはターボチャージャのコンプレッサにより加圧された吸気を冷却するための水冷式インタクーラが備えられ、
   前記放熱量算出手段は、吸気の冷却のために前記水冷式インタクーラに要求される放熱量を算出し、
   前記流量調整手段は、冷却水を吐出するウォータポンプ、及び該ウォータポンプから吐出された冷却水を前記燃料クーラ側と前記水冷式インタクーラ側とに任意の比率で分配可能な流量制御弁であり、
   前記冷却制御手段は、前記燃料クーラ及び前記インタクーラに要求される放熱量に基づき、前記ウォータポンプの回転速度及び前記流量制御弁による冷却水の分配比率を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の直噴エンジンの冷却装置。
4. 所定の停止条件の成立に基づき前記直噴エンジンを自動停止させ、その後に所定の始動条件の成立に基づき前記直噴エンジンを自動始動するアイドルストップ制御手段をさらに備え、
   前記放熱量算出手段は、前記アイドルストップ制御手段による前記直噴エンジンの自動停止中に、前記実熱量と前記目標温度時の熱量との差に基づき前記燃料クーラへの要求放熱量を算出する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の直噴エンジンの冷却装置。
5. 前記冷却制御手段は、前記インジェクタに供給される燃料の温度が予め設定された第１の判定値以下の場合、または前記インジェクタの燃料噴射量が予め設定された第２の判定値を超えている場合の何れかに該当するときに、前記流量調整手段により前記燃料クーラへの冷却水の供給を中止する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の直噴エンジンの冷却装置。

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